2.1

实验

教学

情况

实验课程数

面向专业数

实验学生人数/年

实验人时数/年

15

7

1320

5380

2.2 虚拟仿真实验教学资源（罗列实验项目、功能及效果，提供不少于三个典型实验项目的具体实验流程）

1、爆破工程虚拟仿真实验

（1）功能及效果

爆破工程属于实操性非常强的一门课程，需要通过实验教学加强学生认知爆破机理熟悉爆破安全规程。本项目实验期望提供一种既能让学生动手操作、又能在计算机的显示器上观察爆破效果的仿真实验系统，提高教学的真实度和安全性。以土木工程专业隧道工程课程为例，在讲授钻爆法施工的教学过程中，需要学生掌握炮眼布置方法，本虚拟仿真实验平台将以岩土力学基本理论及钻爆法施工技术为指导，结合冲击瞬态响应分析的方法，借助先进一流的CAD及CAE软件，通过仿真隧道掘进爆破，显示断面的炮眼布置方式（掏槽孔、辅助孔、起底孔、周边孔和水沟孔），炮眼形状及空间位置。用无药雷管、药卷、水炮泥和炮泥，让学生观察其结构，并实际操作装药方法（正向装药和反向装药）和连线方式（串联和并联），声、光、电模拟其爆破过程。

本虚拟实验平台将利用连续体损伤力学原理和LS-DYNA软件，开发岩石爆破过程的数值仿真实验系统，展示岩石在爆破作用下的破碎过程。解决因安全等原因无法做实验，理论与实践教学脱钩而造成教学质量不佳的问题，提供一种既能让学生动手操作、又能在计算机的显示器上观察爆破效果的仿真实验系统，以较低的成本保证了教学效果与质量，提高了教学的真实度和安全性。

本项目实施后，可满足我校土木工程、地下工程、国防工程、兵器科学技术等专业学生的爆破工程实验课程的需要，同时可以向省内外其它高校开放。今后2年可推广至全省各个开设土木工程专业的高校，今后5年可推广至全国开设土木工程专业的高校。

（2）实验流程

爆破工程虚拟仿真实验主要包括：爆炸作用虚拟仿真、爆破过程虚拟仿真、爆破方法虚拟仿真、毁伤效应虚拟仿真，如图1所示：

图1  爆破工程虚拟仿真实验

• 爆炸作用虚拟仿真

向学生揭示爆炸过程中能量、爆生气体、极短时间等三要素对爆破作用效果的影响，并向学生展示冲击波的形成和形态，如图2所示。

图2  爆炸作用虚拟仿真实验流程图

• 爆破过程虚拟仿真

向学生展示起爆前准备、起爆过程以及爆后检查等三个重要施工阶段的操作方法和注意事项，如图3所示。

图3  爆破过程虚拟仿真实验流程图

• 爆破方法虚拟仿真

选择3~5种常用的爆破方法进行仿真实验，包括钻爆法、光面爆破法、预裂爆破法等，如图4所示。

图4 爆破方法虚拟仿真实验流程图

• 毁伤效应虚拟仿真

爆炸对建筑物的毁伤主要包括冲击波毁伤、破片毁伤及振动毁伤，本项目将仿真模拟三种毁伤效应，使学生对爆破的毁伤效应有较为深入的理解，如图5。

图5  爆破毁伤效应虚拟仿真实验流程图

2、BIM5D综合应用仿真模拟

BIM5D是将BIM三维信息模型与进度、成本数据关联后形成BIM5D模型，可直观了解项目进度、资金趋势，为管理者对进度调控及成本管理、资金把控提供数据依据，进而科学决策。主要包含步骤：

1）创建BIM三维信息模型

2）将已创建BIM三维信息模型上传至BIM5D应用管理平台

3）将编制好的进度计划导入平台与BIM三维模型关联形成BIM4D模型

4）导入工程造价文件

5）利用管理驾驶舱动态播放实现BIM5D仿真模拟

6）利用仿真平台后台管理功能根据学生完成作品及学习情况进行成绩评定

3、地下工程典型施工技术虚拟仿真实验

实验项目秉承“以学生为中心”的教学历练，采用多媒体技术构建虚拟而真实的实验平台，促使地下工程典型施工技术模拟实验与信息技术相融合，运用“立体化”教学方法，融汇理论教学、现场参观和虚拟实验，最终达到传授知识、提高能力、拓展视野的目的，力求贴近实际、直观生动。工程化综合训练，培养学生解决复杂工程问题的能力。

实验流程：

1）开始实验：进入欢迎界面。

2）展示设备：展示地下工程典型施工工法所需要用到的机械设备，包括：养护台车、村砌台车、多功能半自动铺设台架、拱架安装台车与施喷机等。

3）新手引导：显示工具背包，可打开与关闭。屏幕显示“模块切换选择”“工程机械展示”和“功能选择菜单”三个选项。

4）开始实验：进入虚拟仿真实验中，第一人称视角，在相应位置放置工程机械，按照步骤要求进行施工，使用各种工程机械配合作业，依次完成开挖施工、初期支护、二次衬砌等施工步骤。在体验过各种施工步骤后，则需要完成施工步骤排序题来巩固所学到的知识。完成排序后点击确定，将会自动显示正误，正确的选项会变成绿色，错误选项则是原颜色，正确答案则以红色字体的形式出现在错误选项下方。完成排序题之后，则又回到虚拟仿真实验的第一视角模式，此时需要自己在无提示的情况下完成施工顺序，在施工过程中，如果点击了错误的步骤则会有相应的扣分。

5）实验成绩：在完成所有施工步骤后，将出现最终成绩，其是由步骤排序与施工流程两部分成绩相加而成。

4、钢筋混凝土梁受弯实验

图6  钢筋混凝土梁受弯实验示意图

（1）试验原理介绍

根据梁正截面受压区相对高度和界限受压区相对高度的比较可以判断出受弯构件的类型：当时，为适筋梁。

界限受压区相对高度可按下式计算：

其中在进行受弯试件梁设计时，、分别取《混凝土结构设计规范》规定的钢筋受拉强度标准值和弹性模量；进行受弯试件梁加载设计时，、分别取钢筋

试件试验得到钢筋受拉屈服强度标准值和弹性模量。

同时控制配筋量大于最小配筋率。最小配筋率公式：

为了保证构件在实际受荷情况下受弯段发生受弯破坏，需在受弯段外配置足够的箍筋和架立筋以防止构件发生剪切破坏，同时支座处应做一定的处理以防止发生局部冲切破坏和纵筋锚固破坏。

（2）实验步骤

1）选择实验

2）进入实验室

3）试件制作

4）设备装配

5）开始实验

6）实验现象观察

2.3 由科研成果(近五年)转化而来的实验教学内容

本着“科教相长”的原则，在学校“本科专业实验室建设”“学科建设”“中省共建”等资金的资助下，针对专业教学课程，将现有的科研设备以及能体现专业特色的科研成果，以虚实结合和产学深融的方式应用于虚拟仿真实验教学。组织专业教师，陆续开发出了爆破工程虚拟仿真实验、BIM5D综合应用仿真模拟、地下工程典型施工技术虚拟仿真实验、钢筋混凝土梁受弯虚拟仿真实验等。通过这些实验的开设，极大地拓展了虚拟仿真实验教学的范围，丰富了虚拟仿真实验教学内容，使得学生在实际操作中加深对所学理论知识的理解，拓宽学生的视野，激发学生的创新意识。

科研成果转化实验教学一览表（近五年）

2.4 合作企业的概况、参与程度和合作成果

按照“优势互补、产学融合、效益共享”的建设思路，中心与合作企业通过合作模式和合作机制创新，签订战略协议，明确合作企业与高校的义务和权利，充分挖据、利用和发挥各自的科技、人才优势，推动学校与企业合作的可持续发展，使合作企业获得一定的经济效益、学校获得丰富的教学资源。中心与上海鲁班软件有限公司共建“BIM虚拟仿真实训室”、与北京迈达斯技术有限公司共建“土木工程数值模拟仿真实验室”。

1、合作企业：上海鲁班软件有限公司

（1）企业概况

鲁班软件成立于2001年，始终致力于BIM技术的研发和推广，为建筑产业相关企业提供基于BIM技术的数字化解决方案，为推动建筑行业进入智慧建造时代、为推进建设1：1的数字中国贡献力量。

随着数字中国建设国家战略启动，鲁班软件集团发布了新阶段集团战略定位：数字城市建设者。鲁班软件提前布局，构建了以BIM技术为核心基础，贯穿住户级、工程级、城市级三大层级的数字中国战略布局。鲁班软件集团拥有了一支业内领先、工程专业背景强的管理研发团队，建立了完善的自主研发和技术管理体系。与同济大学联合创立CIM创新中心、同济大学建筑产业创新发展研究院，不断推进BIM、CIM技术创新，推动智能建造，并创新性的将BIM技术与云计算、AI技术相结合，为项目全生命周期提供数据支撑、技术支撑与协同支撑。

（2）参与程度

共建共管“BIM虚拟仿真实训室”、BIM技术培训、校外实习基地、教改及课程建设项目支持。

（3）合作成果

自合作以来，鲁班软件公司向中心捐赠累计价值50余万元的BIM系统使用权，双方合作成功获批教育部产学研合作项目2项，中心获批全国BIM等级考试考点。委派技术人员对中心师生进行BIM技术培训及应用指导累计达200余人次，120余名学生获得BIM等级证书、4名教师获得BIM讲师资格证书。委派专业人员参与指导毕业设计学生20余名，作品获全国BIM毕业设计作品大赛特等奖1项、一等奖3项。公司作为校外实习基地累计接收30余名学生并参与BIM项目咨询。

2、合作企业：北京迈达斯技术有限公司

（1）企业概况

北京迈达斯技术有限公司成立于2002年，目前在北京、上海、广州、成都、沈阳、武汉、西安设有分公司，是专门致力于开发和提供工程技术软件，并提供结构工程咨询服务以及电子商务综合服务的公司。

迈达斯公司一直致力于提供建筑、桥梁、岩土、机械等领域的工程分析与设计解决方案。目前在中国国内拥有3000多家用户，10000多个授权数量，成功应用于了2008年奥运场馆、2010年世博场馆、苏通大桥、矮寨大桥、上海外滩地下通道、北京地铁等著名工程，以及数万个国内各项工程的分析和设计之中，在各领域已经成为了主流软件。迈达斯公司经过多年与客户的沟通及持续的开发，不断突破创新,已经在各个领域形成了完整的产品线，构成了整体解决方案，可以实现从线性分析到非线性分析，从整体分析到细部分析，从地上结构到地下结构，从分析设计到施工检测，从安全性设计到经济性设计，从软件应用到工程咨询，从提供产品到定制开发。整体解决方案的提供，不仅全方位地提高了工程师的技术水平和设计水平，而且提升了使用单位的竞争力，也为行业向更高、更好的方向发展提供了基础。

（2）参与程度

合作制定仿真实验室建设方案、共建“土木工程数值模拟仿真实验室”、技术服务咨询项目技术支持、校外实习基地。

（3）合作成果

依据企业在业界雄厚技术力量，与中心合作策划、制定仿真实验室建设整体方案，高效利用双方资源实现资源共享。双方共建了“土木工程数值模拟仿真实验室”，实验覆盖房屋建筑、道路桥梁、地下空间等学科领域，开放实验累计接收学生200余名。企业选派专业技术人员进行学术讲座30余次，指导学生连续4届参与全国大学生结构设计大赛获得优异成绩。双方合作完成中建七局超高层爬模系统结构验算技术咨询服务项目1项。

3、合作企业：中国建筑第八工程局有限公司

（1）企业概况

中国建筑第八工程局有限公司是世界500强企业中国建筑股份有限公司的全资子公司，始建于1952年，1966年奉中央军委和国务院命令整编为基建工程兵部队，1983年整体改编为企业，总部现位于上海市。

中建八局是国家住建部颁发的新房屋建筑工程施工总承包特级资质企业，主要经营业务包括房建总承包、基础设施、工业安装、投资开发和工程设计等,下设20多个分支机构,经营区域国内遍及长三角、珠三角、京津环渤海湾、中部、西北、西南等区域，海外经营区域主要在非洲、中东、中亚、东南亚等地。近年来主要经济指标实现快速增长，综合实力位居国内同级次建筑企业前列，是国内最具竞争力和成长性的建筑企业之一。中建八局建立了博士后科研工作站和省级技术中心，积聚了雄厚的科技优势，被评为“全国建筑业科技进步与技术创新先进企业”。截止2012年底，共获国家科技进步奖6项，省部级科技进步奖254项；拥有专利357项（发明专利57项）；编制国家级工法30项、省部级工法357项。

（2）参与程度

校企合作人才培养示范基地、协商制定中心发展方向与实施计划、设立奖学金。

（3）合作成果

中建八局为我院土建类专业师生参加工程实践提供良好条件和机会。专业教师利用课余时间带领学生参与实际工程项目的设计以及咨询工作，一部分学生的毕业设计题目即是来源于公司实际工程项目。自建立校企合作关系以来，中建八局共接待我院师生3000余人次实践教学活动，企业一线人员到校讲座20余次。同时，学院利用自身优势，为企业培养更多的优秀人才，与企业合作开展科研，为企业解决工程实际中的技术难题。

2.5 目前教学资源共享的范围和效果

虚拟仿真实验教学中心的教学资源包含5个模块（建筑工程、岩土地下工程、交通土建工程、智慧建造与管理、国防土木工程工程）， 25项虚拟仿真实验项目，目前正在通过实验教学平台对校内7个专业实现共享。

1、校内示范辐射作用

通过省级级精品资源共享课程网站平台，虚拟仿真实验教学中心的项目实现资源共享。通过发表教学研究论文、举办教学研讨会及教师培训会等方式，介绍虚拟仿真实验室的建设经验、运行模式、创新特色等，实现资源开放共享。虚拟仿真实验教学的开展，提高了土木工程专业的实验教学的层次和深度，全面保证了专业实验的有效性，促进了学生的学习热情和积极性，拓展学生的创新能力和实践能力，作为实验课程的重要组成部分，为学生的自主学习提供了条件，也更加丰富了实验教学的手段和方法，实现实验教学的多维教学理念。

2、省内高校示范辐射作用

实验中心依托先进的虚拟仿真试验平台和丰富灵活的教学手段，以虚拟仿真试验为媒介，面向西安科技大学、西安工程大学、陕西理工大学、延安大学、河南城建学院、河南工业大学、广西科技大学等十余所高校进行了实验教学的资源共享与合作交流，取得了良好的效果。目前，我中心的实验教学建设经验、实验教学资源等已经立足于本校，辐射于陕西地区的土木工程实验教学领域，同时在国家级实验教学示范中心土建学科组的指导下，正在与全国多所国家级、省级实验教学示范中心初步建立教学资源共享和定时交流机制，不断拓展资源的共享与辐射范围。

3、行业示范辐射效应

实验中心完善的实验平台和先进的教学理念及内容，丰富的教学手段及方式，科学的管理制度，得到了国内结构工程、岩土工程、给排水工程行业的高度认可。通过校企合作平台实现资源开放共享，中心现有合作企业10余家，多为国内土木行业的领军企业。虚拟仿真实验中心一方面在平台的建设过程中得到了企业的大力支持，同时由实验中心为其完成新员工培训及定岗定级考核等各种实践教学活动提供了重要资源。

2.6 进一步实现共享的计划与安排

1、2020年1月-2020年12月，进一步完善平台功能和充实实验项目，使中心成为一个学科交叉、设施先进、体系完善、运行高效、资源共享、开放服务、强项突出、特色鲜明、功能集约、资源优化、开放充分、运作高效的土木工程虚拟实验教学平台。

2、2021年1月-2021年12月，建设校企联合、产学研结合的土木工程虚拟实验教学中心，进一步探索教学科研协同、行业、企业联合培养人才的实验教学新模式、新机制。

3、2022年1月-2022年12月，建成有地域和行业特色的土木工程虚拟仿真实验教学基地，实现师资和资源共享、学生交流，完成土木工程虚拟仿真规划实验项目建设，将中心资源推广到20多所高校和10余家企业使用。